(57)【要約】【課題】特定ガスを効率的に濃縮する。【解決手段】製造工程１０から生じるＣＦ4、Ｃ2Ｆ6を含むＰＦＣガスを含有する排ガスを濃縮装置１８で濃縮した後、窒素をキャリアガスとしてクロマト分離装置２０でクロマト分離する。このクロマト分離装置２０には、モレキュラーシーブ１３ＸやＦ−９を充填しておく。これによって、ＰＦＣガス中のＣＦ4，Ｃ2Ｆ6を効果的に分離することができる。【選択図】図１
2005046747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の特定ガスを含有する被処理ガスから各特定ガスを分離するガス分離装置であって、
異なる充填材が充填された複数のカラムを含み、これらカラムを直列接続することで、被処理ガスに複数のカラムの充填材を順次通過させて、被処理ガスから各特定ガスをクロマト分離することを特徴とするガス分離装置。
【請求項２】
複数の特定ガスを含有する被処理ガスから各特定ガスを分離するガス分離装置であって、
異なる充填材が充填されたカラムを含み、被処理ガスにカラム内の複数の充填材を通過させて被処理ガスから各特定ガスをクロマト分離することを特徴とするガス分離装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置において、
前記特定ガスは、半導体製造工程から排出されるＰＦＣガスであり、前記被処理ガスはその他ガスとして窒素ガスを含むことを特徴とするガス分離装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置において、
前記特定ガスは、ＮＦ3、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6を含み、
前記充填材は、ゼオライトおよび活性炭を含むことを特徴とするガス分離装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置において、
前記ゼオライトは、モレキュラーシーブ１３Ｘまたはその同等品であることを特徴とするガス分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の特定ガスを含有する被処理ガスから各特定ガスを分離するガス分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体製造工程では、その工程に応じて、各種のガスが利用されている。例えば、ドライエッチング工程や薄膜形成工程などにおいて、ＣＦ4，ＮＦ3，Ｃ3Ｆ8，ＳＦ6，ＣＨＦ3などのフッ素を含む化合物であるＰＦＣ（perfluoro compound）ガスが反応性ガスとして使用され、これらを含む排ガスが生じる。
【０００３】
これらＰＦＣなどの排ガスは、そのまま系外に排出することはできないため、各種の処理方法で処理される。このような処理方法としては、（ｉ）燃焼、触媒加熱、プラズマ分解などＰＦＣガスを分解する分解処理や、（ｉｉ）膜によってこれら物質を分離する膜分離、（ｉｉｉ）ガスの沸点の相違を利用して分離する深冷冷却分離、（ｉｖ）吸着除害などがある。
【０００４】
しかし、上記（ｉ）分解処理では、完全な分解が難しいことや、ガスを分解して排気するため、回収利用が図れないという問題がある。また、上記（ｉｉ）膜分離では、排ガス中の窒素の除去は可能であるが、分子の大きさが近いＣＦ4とＮＦ3等の分離は困難であるという問題がある。さらに、上記（ｉｉｉ）では、装置が非常に大きくなり、設備費およびランニングコストが非常に高くなるという問題がある。また、ＮＦ3と、ＣＦ4とは、沸点の差が１℃しかなく、その分離が難しいという問題もある。また、（ｉｖ）では、吸着剤の交換が必要になり、使用済み吸着剤の処分費がかかるという問題がある。
【０００５】
そこで、特許文献１では、活性炭を充填材としたクロマト分離装置を利用して、ＰＦＣガスを分離することが提案されている。この特許文献１の装置によって、ＣＦ4と、ＮＦ3が効果的に分離できることが確認されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２７３１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の装置では、例えばＣＦ4と、Ｃ2Ｆ6の混合ガスについては十分に行えないことが分かった。ＰＦＣガスは上述のように、各種のガスが含まれ、このような多成分のＰＦＣガスについて効果的に分離処理が可能な装置が望まれる。
【０００８】
本発明では、上記課題に鑑みなされたものであり、複数種類の成分を含むＰＦＣガスから各成分を効果的に分離できるガス分離装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、複数の特定ガスを含有する被処理ガスから各特定ガスを分離するガス分離装置であって、異なる充填材が充填された複数のカラムを含み、これらカラムを直列接続することで、被処理ガスに複数のカラムの充填材を順次通過させて、被処理ガスから各特定ガスをクロマト分離することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、複数の特定ガスを含有する被処理ガスから各特定ガスを分離するガス分離装置であって、異なる充填材が充填されたカラムを含み、被処理ガスにカラム内の複数の充填材を通過させて被処理ガスから各特定ガスをクロマト分離することを特徴とする。
【００１１】
このように、複数の充填材を利用してクロマト分離を行うことで複数の特定ガスを効果的に分離することができる。
【００１２】
また、前記特定ガスは、半導体製造工程から排出されるＰＦＣガスであり、前記被処理ガスはその他ガスとして窒素ガスを含むことが好適である。
【００１３】
また、前記特定ガスは、ＮＦ3、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6を含み、前記充填材は、ゼオライトおよび活性炭を含むことが好適である。
【００１４】
また、前記ゼオライトは、モレキュラーシーブ１３Ｘまたはその同等品であることが好適である。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、複数の充填材を利用してクロマト分離を行うことで複数の特定ガスを効果的に分離することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１７】
半導体製造工場のエッチングや薄膜形成などの製造工程１０には、ＰＦＣガスが供給される。そこで、ＰＦＣガスを含んだ排ガスが生じる。この排ガス経路には、真空ポンプ１２の吸い込み側が接続されており、ＰＦＣガスを含む排ガスは、この真空ポンプ１２によって製造工程１０から排気される。なお、ＰＦＣガスとしては、ＣＦ4，ＮＦ3，Ｃ2Ｆ4，ＳＦ6等が適宜使用されるが、本例ではＣＦ4と、Ｃ2Ｆ6と、ＮＦ3とが含まれている。ここで、製造工程１０においては、ＰＦＣガスが分解してフッ酸を発生するため、排ガス中にはフッ酸も含まれている。このため、排ガスをそのまま真空ポンプ１２に導入すると、真空ポンプ１２を損傷するおそれがある。また、排ガス中にはエッチング等で発生する金属も含まれているので、そのまま真空ポンプ１２に導入すると、真空ポンプにデポジットが生じるおそれもある。そこで、真空ポンプ１２に至る排ガス経路において、窒素（Ｎ2）ガスを希釈ガスとして供給し、排ガスを希釈する。
【００１８】
真空ポンプ１２の吐き出し側は、スクラバー装置１４に接続されており、窒素で希釈された排ガスは、スクラバー装置１４に供給される。このスクラバー装置１４は、水のシャワーによって、排ガス中のフッ酸（ＨＦ）及び、その他の水溶性酸性物質を水に溶解除去する。
【００１９】
スクラバー装置１４からの排ガスは、脱水装置１６に導入され、ここで水分が除去される。これは、スクラバー装置からの排ガスは水分を多く含んでいるが、後処理工程のためには、水分を除去しておくことが好ましいからである。脱水装置１６としては、どのような形式のものを採用してもよいが、排ガスの温度を低下させて水分を除去する形式のものなどが好適である。
【００２０】
このようにして、得られたＰＦＣガスおよび窒素を含む排ガスは、濃縮装置１８に供給される。この濃縮装置１８は、窒素を除去するためのものであり、ガス透過膜を利用した膜分離装置が好適である。これによって、排ガス中から窒素が分離され、ＰＦＣガス（本例の場合、ＣＦ4、ＮＦ3およびＣ2Ｆ6）が濃縮される。
【００２１】
このようにして、ＰＦＣガスを濃縮した場合には、このガスをクロマト分離装置２０に供給する。クロマト分離装置２０は、内部に所望の充填材を充填したカラムを有し、このカラム中にガスを流通する。これにより、ガス成分毎の充填材に対する親和力（吸着性や分配係数）の相違によりリテンションタイムが異なり、ガスが成分毎に分離される。すなわち、ＣＦ4、ＮＦ3およびＣ2Ｆ6が分離される。なお、クロマト分離のためキャリアーとして窒素ガスを利用するため、各ガスは窒素が混合されたものとなっている。
【００２２】
そこで、ＣＦ4＋窒素を濃縮装置２２、Ｃ2Ｆ6＋窒素を濃縮装置２４、ＮＦ3＋窒素を濃縮装置２６に供給する。この濃縮装置２２、２４、２６には、上述の濃縮装置１８と同じく、膜分離装置が用いられる。特に、膜分離装置において、濃縮ガスを何度も循環したり、多段処理することで、窒素をほぼ１００％分離して、純粋な、濃度１００％のＣＦ4ガス、ＮＦ3ガス、およびＣ2Ｆ6ガスを得ることができる。
【００２３】
そこで、このＣＦ4ガス、Ｃ2Ｆ6ガス、ＮＦ3ガスを回収して、製造工程１０において再利用することができる。
【００２４】
なお、後述するように、クロマト分離装置２０においては、通常ＣＦ4と、ＮＦ3の両者を含む画分が得られるが、この画分についてもさらに分離を行うことで、ＣＦ4とＮＦ3を分離できるため、図においては、ＣＦ4＋ＮＦ3の画分については省略している。
【００２５】
このように、本実施形態においては、クロマト分離装置２０を利用することで、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6およびＮＦ3ガスを効果的に分離することができる。そこで、分離されたＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、ＮＦ3を回収再利用することができる。
【００２６】
図２には、クロマト分離装置２０の構成例が示されている。この例では、クロマト分離装置２０は、第１カラム５０−１と、第２カラム５０−２の２つのカラムを直列接続した構成になっている。そして、第１カラム５０−１には、所定細孔径のゼオライト（モレキュラーシーブ−１３Ｘ）３０が充填されており、第２カラム５０−２には、椰子ガラ活性炭３２が充填されている。第１カラム５０−１には、窒素ガス（Ｎ2）が供給されるとともに、ＣＦ4、ＮＦ3、Ｃ2Ｆ6を含む被処理ガスが、バルブ３４を介し間欠的に供給される。また、第１カラム５０−１の出口は、バルブ３６を介し、第２カラム５０−２の入口に接続されているとともに、バルブ３８を介し、Ｃ２Ｆ６ガスを排出できるようになっている。さらに、第２カラム５０−２の出口は、バルブ４０を介しＣＦ4＋Ｎ2ガスを、バルブ４２を介しＣＦ4＋ＮＦ3＋Ｎ2ガスを、バルブ４４を介しＮＦ3＋Ｎ2ガスを、バルブ４６を介し窒素（Ｎ2）ガスをそれぞれ排出できるようになっている。
【００２７】
このようなクロマト分離装置２０において、まずバルブ３４、３８、４０、４２、４４を閉じ、バルブ２６、４６を開き、キャリアーガスとしてのＮ2を第１、第２カラム５０−１、５０−２に流通させている。この状態で、バルブ３４を開き被処理ガスを所定量パルス的に供給する。この被処理ガスは、なるべくＮ2により希釈されずに第１カラム５０−１に供給されるようにするとよい。バルブ切替によって、Ｎ2の供給を止めた状態で被処理ガスを供給してもよい。
【００２８】
所定量の被処理ガスの供給後バルブ３４は閉じられ、被処理ガスが供給された後にまたＮ2ガスが供給される。被処理ガス中のＣＦ4、ＮＦ3、Ｃ2Ｆ6は、第１カラム５０−１内のモレキュラーシーブ−１３Ｘによって分離される。すなわち、Ｃ2Ｆ6は、ＣＦ4、ＮＦ3に比べモレキュラーシーブ−１３Ｘから脱離されにくい。このため、図３に示すように、被処理ガス中のＣＦ4＋ＮＦ3の画分がまず第１カラム５０−１の出口に現れ、これから遅れてＣ2Ｆ6の画分が現れる。
【００２９】
そこで、Ｃ2Ｆ6が排出されるときに、バルブ３６を閉じ、バルブ３８を開いて、このＣ2Ｆ6ガスを分離排出する。そして、Ｃ2Ｆ6の排出が終了したらバルブ３８を閉じ、バルブ３６を開く。
【００３０】
これによって、第２カラム５０−２には、被処理ガスとしてＣＦ4、ＮＦ3が供給されるが、Ｃ2Ｆ6は供給されない。そして、第２カラム５０−２において、ＣＦ4とＮＦ3は、活性炭３２によって分離される。すなわち、ＮＦ3は、ＣＦ4に比べ活性炭から脱離されにくい。このため、図４に示すように、被処理ガス中のＣＦ4の画分がまず第２カラム５０−２の出口に現れ、次に遅れてＮＦ3の画分が現れる。ここで、ＣＦ4と、ＮＦ3は完全には、分離できず、中間に両者が混合されたガスが排出される。そこで、ＣＦ4が排出されるときにバルブ４６を閉じバルブ４０を開いてＣＦ4＋Ｎ2を採取し、ＣＦ4＋ＮＦ3が排出されるときにバルブ４２を開きバルブ４６を閉じてＣＦ4＋ＮＦ3＋Ｎ2を採取し、ＮＦ3が排出されるときにバルブ４４を開きバルブ４６を閉じてＮＦ3＋Ｎ2を採取する。ＣＦ4＋ＮＦ3の画分については、別に設けた活性炭３２が充填されたカラムによりさらに分離を行えばよい。また、ＣＦ4＋ＮＦ3＋Ｎ2について、被処理ガス側に返送してもよい。
【００３１】
このようにして、Ｃ2Ｆ6＋Ｎ2、ＣＦ4＋Ｎ2、ＮＦ3＋Ｎ2を別々に採取することができる。
【００３２】
図５には、クロマト分離装置２０の他の構成例が示されている。この例では、単一のカラム５０内に、入口側からゼオライト（モレキュラーシーブ−１３Ｘ）３０と、活性炭３２が順番に配置されている。従って、被処理ガスは、ゼオライト３０と接触した後、活性炭３２と接触する。
【００３３】
このようなカラム５０においても、上述の第１、第２カラム５０−１、５０−２の直列接続とほぼ同様のガス分離が行われる。上述の場合と異なり、Ｃ2Ｆ6は活性炭３２を通過するが、Ｃ2Ｆ6は第２カラム５０−２を通過しても、ＣＦ4、ＮＦ3の後から排出されるので、分離性能には悪影響を与えない。すなわち、図６に示すように、カラム５０の出口からは、ＣＦ4＋Ｎ2、ＣＦ4＋ＮＦ3＋Ｎ2、ＮＦ3＋Ｎ2、Ｃ2Ｆ6＋Ｎ2の画分が順に現れる。そこで、バルブ３８、４０、４２、４４を順次開いてそれぞれの画分を分離して得ることができる。なお、ＣＦ4＋ＮＦ3＋Ｎ2の画分については、別に設けた活性炭を充填したカラムによりさらに処理したり、被処理ガス側に返送すればよい。また、その他の構成や動作については、図２の場合と同様である。
【００３４】
このように、図２、５に記載した２種類の充填材に対し、順番に被処理ガスを通過させるクロマト分離装置２０により、ＣＦ4、ＮＦ3、Ｃ２Ｆ6を分離することができる。
【００３５】
なお、図２、５の例では、前段にゼオライト３０、後段に活性炭３２を配置し、この順でクロマト分離を行ったが、この順番については、反対でもよい。また、図５の例では、ゼオライトと活性炭を混合してもよい。ただし、実験によれば、ゼオライト３０により、Ｃ2Ｆ6を確実に分離した後、活性炭３２によりＣＦ4とＮＦ3を分離した方が、分離が確実に行えるようであり、反対の順番にすると、ＮＦ3とＣ2Ｆ6が完全に分離できない場合も生じる。
【００３６】
ここで、ゼオライト３０によるＣＦ4とＣ2Ｆ6の分離について説明する。本例においては、充填材としては細孔径が０．５ｎｍ以上のゼオライト３０を採用している。この細孔径の大きなゼオライトによって、ＣＦ4とＣ2Ｆ6を効果的に分離することができる。
【００３７】
すなわち、充填するゼオライトとしては、各種のものを利用してみたが、細孔径が０．５ｎｍ程度のモレキュラーシーブ５Ａ（ジーエルサイエンス社製）では、十分な分離が行えず、モレキュラーシーブ１３Ｘ（ジーエルサイエンス社製）や、このモレキュラーシーブ１３Ｘの同等品として販売されている細孔径が０．８ｎｍ程度である（有効径が０．８ｎｍを超える分子を吸着することができない）ゼオライトＦ−９（東ソー製）が好適であることが分かった。
【００３８】
なお、細孔径がモレキュラーシーブ１３Ｘより大きなゼオライトは現在のところ市販されておらず、確認できていないが、モレキュラーシーブ１３Ｘより細孔径の大きなものも利用可能と考えられる。
【００３９】
ここで、ＣＦ4およびＣ2Ｆ6について、そのＦ−Ｆの核間距離とＦ電子雲半径０．１３３ｎｍを考慮して計算した分子最大径はＣＦ4で０．４４４５ｎｍ、Ｃ2Ｆ6で５．６９である。例えば、ＣＦ4の分子最大径は、０．１７８５（Ｆ−Ｆ間距離）＋０．１３３×２（Ｆ２個）で求められる。
【００４０】
モレキュラーシーブ５Ａを利用した場合に、ＣＦ4とＣ2Ｆ6の分離ができないのは、Ｃ2Ｆ6の分子径よりも細孔径が小さいからと考えられる。従って、ゼオライトとしては、細孔径がＣ2Ｆ6の分子最大径より大きなものを利用することが必要である。
【００４１】
そして、このようなゼオライトを利用した場合、ＣＦ4に対する吸着力が弱くなる一方で、Ｃ2Ｆ6については依然として吸着がなされる。これによってＣＦ4とＣ2Ｆ6の確実な分離が達成されると考えられる。
【００４２】
モレキュラーシーブは、通常その細孔径より大きな分子と、小さな分子をふるい分けるものであり、分離対象としている２つの物質の両方より大きな細孔径を有するものを利用して分離を行うことは通常行われない。
【００４３】
本実施形態では、分離対象となるＣＦ4と、Ｃ2Ｆ6の最大径より大きな吸着細孔径のゼオライトを用いることによって、両者を分離する。
【００４４】
なお、このクロマト分離装置２０においては、キャリアガスとして窒素を用い、これによって充填材に吸着されているＣＦ4、Ｃ2Ｆ6を順次脱離排出させることで、ＣＦ4とＣ2Ｆ6を分離している。
【００４５】
なお、上述のようなクロマト分離装置２０を複数用意しておき、排ガスを各クロマト分離装置２０に順次供給し、各画分を各クロマト分離装置２０から順次採取することも好適である。
【００４６】
クロマト分離装置２０の出口における各成分のガスの採取や、バルブ切換は、出口ガスの分析結果に基づき行うことが好適である。例えば、四重極質量分析計（ＱＭＳ）、示差熱式検出器（ＴＣＤ）やフーリエ変換−赤外線分析計（ＦＴ−ＩＲ）等を用いて、成分を検出し、その結果により制御するとよい。
【実施例】
【００４７】
（実施例１）
図６の構成の試験装置により実験を行った。この図６の装置は、図２の構成に対応するものである。
【００４８】
試験用の第１カラム５０−１として、外径１／８インチ、５ｍのＳＵＳ管にモレキュラーシーブ−１３Ｘ（ジーエルサイエンス社製）で、粒径６０〜８０メッシュのものをゼオライト３０として充填したカラムを用いた。試験用の第２カラム５０−２として外径１／８インチ、５ｍのＳＵＳ管に椰子ガラ活性炭で比表面積１１５８ｍ2／ｇ、粒径６０〜８０メッシュのものを活性炭３２として充填したカラムを用いた。そして、第１、第２カラム５０−１、５０−２を直列で接続した。
【００４９】
第１、第２カラム５０−１、５０−２に窒素（Ｎ2）ガスを３５ｍＬ／分の流速で流し、６方コック６０で、ＣＦ4／Ｃ2Ｆ6／ＮＦ3の混合ガス（ＣＦ4：Ｃ2Ｆ6：ＮＦ3＝１：１：１）をパルス的に導入した。また、第１カラム５０−１、第２カラム５０−２の出口は質量分析計６２で分析した。なお、図におけるＭＦＣは、流量調整器である。
【００５０】
第１カラム５０−１の出口の分析結果は、図３に示したとおりであり、第２カラム５０−２の出口の分析結果を図４に示した通りである。
【００５１】
なお、実験では４０℃で実施したが、他の温度でも問題はない。ただし、分離特性は温度によって異なるため一定温度で行うことが望ましい。
【００５２】
この実験結果よりパルス導入では、第１カラム５０−１の出口でＣＦ4＋ＮＦ3混合物とＣ2Ｆ6のピークは完全に分かれておりサンプリング期間を選択することによりＣＦ4＋ＮＦ3混合ガスと純粋なＣ2Ｆ6をそれぞれ得ることが出来ることが確認された。そして、純粋なＣ2Ｆ6は抜き出され、ＣＦ4＋ＮＦ3の混合ガスは次に試験カラム２に送られる。その結果第２カラム５０−２の出口ではＣＦ4とＮＦ3のガスが分離して排出されることが分かった。
【００５３】
第２カラム５０−２の出口では純粋なＣＦ4、ＣＦ4＋ＮＦ3未分離ガス、純粋なＮＦ3が得られるため、未分離ガスを更に直列の本カラム入り口に戻すか、直列に設置した別の活性炭カラムに通気して分離回収することが好適である。
【００５４】
従って、上述のような装置によって好適なＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、ＮＦ3の回収が可能であることが確認された。
【００５５】
（実施例２）
図７の構成の試験装置により実験を行った。試験用のカラム５０として外径１／８インチ、１０ＭのＳＵＳ管に椰子ガラ活性炭で比表面積１１５８ｍ2／ｇ、粒径６０〜８０メッシュのものを充填した後、モレキュラーシーブ−１３Ｘ（ジーエルサイエンス社製）で、粒径６０〜８０メッシュのものを充填したカラムを用いた。これによって、図５のように、被処理ガスの流通方向に沿ってゼオライト（モレキュラーシーブ−１３Ｘ）３０と、活性炭（椰子ガラ活性炭）３２が配置される。これら充填材の充填比率は１：１である。
【００５６】
このカラム５０に窒素ガスを３５ｍＬ／分の流速で流し、６方コック６０でＣＦ4／Ｃ2Ｆ6／ＮＦ3の混合ガス（ＣＦ4：Ｃ2Ｆ6：ＮＦ3＝１：１：１）をパルス的に導入した。カラム５０の出口は質量分析計６２で分析した。なお、図におけるＭＦＣは、流量調整器である。
【００５７】
出口の分析結果を図６に示したとおりである。なお、実験は４０℃で実施したが、他の温度でも問題はない。ただし、分離特性は温度によって異なるため一定温度で行うことが望ましい。
【００５８】
実験結果より、カラム５０の出口ではＣＦ4、ＮＦ3、Ｃ2Ｆ6の順にピークが現れ、各ガスを分離可能であることが分かった。未分離のＣＦ4＋ＮＦ3の画分は後段の別の活性炭カラムに通気すれば分離が可能である。
【００５９】
供給ガス濃度によってピークの幅は変わり未分離部分の重なり方も変わるが、単一カラムに充填する充填材の充填比率（本実施例では１：１）を変更することで適切な分離に対応できる。
【００６０】
このように、上述のような装置によって好適なＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、ＮＦ3の回収が可能であることが確認された。
【００６１】
なお、ゼオライト３０として、モレキュラーシーブ−１３Ｘと同等の構造をもつ（同等品である）Ｆ−９（東ソー製）についても、実験を行ってみた。このＦ−９においても、若干リテンションタイムは大きかったもののモレキュラーシーブ−１３Ｘと同様にＣＦ4とＣ2Ｆ6の分離処理を行うことができた。なお、このＦ−９は、細孔径が０．８ｎｍ程度といわれており、モレキュラーシーブ−１３Ｘに比べ、若干小さい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施形態の構成を示す図である。
【図２】複数カラムを用いるクロマト分離装置の構成を示す図である。
【図３】第１カラム出口のガス流出状態を示す図である。
【図４】第２カラム出口のガス流出状態を示す図である。
【図５】複数カラムを用いるクロマト分離装置の他の構成を示す図である。
【図６】図５のカラム出口のガス流出状態を示す図である。
【図７】試験装置の構成を示す図である。
【図８】試験装置の他の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  製造工程、１２  真空ポンプ、１４  スクラバー装置、１６  脱水装置、１８，２２，２４  濃縮装置、２０  クロマト分離装置。
【図１】
2005046747.tif 000003
【図２】
2005046747.tif 000004
【図３】
2005046747.tif 000005
【図４】
2005046747.tif 000006
【図５】
2005046747.tif 000007
【図６】
2005046747.tif 000008
【図７】
2005046747.tif 000009
【図８】
2005046747.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成16年7月5日(2004.7.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の特定ガスを含有する被処理ガスから各特定ガスを分離するガス分離装置であって、
異なる充填材が充填された複数のカラムを含み、これらカラムを直列接続することで、被処理ガスを複数のカラムの充填材に順次通過させて、被処理ガスから各特定ガスをクロマト分離することを特徴とするガス分離装置。
【請求項２】
複数の特定ガスを含有する被処理ガスから各特定ガスを分離するガス分離装置であって、
異なる充填材が充填されたカラムを含み、被処理ガスをカラム内の複数の充填材に通過させて被処理ガスから各特定ガスをクロマト分離することを特徴とするガス分離装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置において、
前記特定ガスは、半導体製造工程から排出されるＰＦＣガスであり、前記被処理ガスはその他ガスとして窒素ガスを含むことを特徴とするガス分離装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置において、
前記特定ガスは、ＮＦ3、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6を含み、
前記充填材は、ゼオライトおよび活性炭を含むことを特徴とするガス分離装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置において、
前記ゼオライトは、モレキュラーシーブ１３Ｘまたはその同等品であることを特徴とするガス分離装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明は、複数の特定ガスを含有する被処理ガスから各特定ガスを分離するガス分離装置であって、異なる充填材が充填された複数のカラムを含み、これらカラムを直列接続することで、被処理ガスを複数のカラムの充填材に順次通過させて、被処理ガスから各特定ガスをクロマト分離することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、本発明は、複数の特定ガスを含有する被処理ガスから各特定ガスを分離するガス分離装置であって、異なる充填材が充填されたカラムを含み、被処理ガスをカラム内の複数の充填材に通過させて被処理ガスから各特定ガスをクロマト分離することを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
図２には、クロマト分離装置２０の構成例が示されている。この例では、クロマト分離装置２０は、第１カラム５０−１と、第２カラム５０−２の２つのカラムを直列接続した構成になっている。そして、第１カラム５０−１には、所定細孔径のゼオライト（モレキュラーシーブ−１３Ｘ）３０が充填されており、第２カラム５０−２には、椰子ガラ活性炭３２が充填されている。第１カラム５０−１には、窒素ガス（Ｎ2）が供給されるとともに、ＣＦ4、ＮＦ3、Ｃ2Ｆ6を含む被処理ガスが、バルブ３４を介し間欠的に供給される。また、第１カラム５０−１の出口は、バルブ３６を介し、第２カラム５０−２の入口に接続されているとともに、バルブ３８を介し、Ｃ2Ｆ6ガスを排出できるようになっている。さらに、第２カラム５０−２の出口は、バルブ４０を介しＣＦ4＋Ｎ2ガスを、バルブ４２を介しＣＦ4＋ＮＦ3＋Ｎ2ガスを、バルブ４４を介しＮＦ3＋Ｎ2ガスを、バルブ４６を介し窒素（Ｎ2）ガスをそれぞれ排出できるようになっている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
このようなクロマト分離装置２０において、まずバルブ３４、３８、４０、４２、４４を閉じ、バルブ３６、４６を開き、キャリアーガスとしてのＮ2を第１、第２カラム５０−１、５０−２に流通させている。この状態で、バルブ３４を開き被処理ガスを所定量パルス的に供給する。この被処理ガスは、なるべくＮ2により希釈されずに第１カラム５０−１に供給されるようにするとよい。バルブ切替によって、Ｎ2の供給を止めた状態で被処理ガスを供給してもよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
これによって、第２カラム５０−２には、被処理ガスとしてＣＦ4、ＮＦ3が供給されるが、Ｃ2Ｆ6は供給されない。そして、第２カラム５０−２において、ＣＦ4とＮＦ3は、活性炭３２によって分離される。すなわち、ＮＦ3は、ＣＦ4に比べ活性炭から脱離されにくい。このため、図４に示すように、被処理ガス中のＣＦ4の画分がまず第２カラム５０−２の出口に現れ、次に遅れてＮＦ3の画分が現れる。ここで、ＣＦ4と、ＮＦ3は完全には、分離できず、中間に両者が混合されたガスが排出される。そこで、ＣＦ4が排出されるときにバルブ４６を閉じバルブ４０を開いてＣＦ4＋Ｎ2を採取し、ＣＦ4＋ＮＦ3が排出されるときにバルブ４０を閉じてバルブ４２を開きＣＦ4＋ＮＦ3＋Ｎ2を採取し、ＮＦ3が排出されるときにバルブ４２を閉じてバルブ４４を開きＮＦ3＋Ｎ2を採取する。ＣＦ4＋ＮＦ3の画分については、別に設けた活性炭が充填されたカラムによりさらに分離を行えばよい。また、ＣＦ4＋ＮＦ3＋Ｎ2について、被処理ガス側に返送してもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
このようなカラム５０においても、上述の第１、第２カラム５０−１、５０−２の直列接続とほぼ同様のガス分離が行われる。上述の場合と異なり、Ｃ2Ｆ6は活性炭３２を通過するが、Ｃ2Ｆ6は活性炭３２を通過しても、ＣＦ4、ＮＦ3の後から排出されるので、分離性能には悪影響を与えない。すなわち、図６に示すように、カラム５０の出口からは、ＣＦ4＋Ｎ2、ＣＦ4＋ＮＦ3＋Ｎ2、ＮＦ3＋Ｎ2、Ｃ2Ｆ6＋Ｎ2の画分が順に現れる。そこで、バルブ３８、４０、４２、４４を順次開いてそれぞれの画分を分離して得ることができる。なお、ＣＦ4＋ＮＦ3＋Ｎ2の画分については、別に設けた活性炭を充填したカラムによりさらに処理したり、被処理ガス側に返送すればよい。また、その他の構成や動作については、図２の場合と同様である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
このように、図２、５に記載した２種類の充填材に対し、順番に被処理ガスを通過させるクロマト分離装置２０により、ＣＦ4、ＮＦ3、Ｃ2Ｆ6を分離することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
（実施例１）
図７の構成の試験装置により実験を行った。この図７の装置は、図２の構成に対応するものである。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
第１カラム５０−１の出口の分析結果は、図３に示したとおりであり、第２カラム５０−２の出口の分析結果は図４に示した通りである。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
（実施例２）
図８の構成の試験装置により実験を行った。試験用のカラム５０として外径１／８インチ、１０ｍのＳＵＳ管に椰子ガラ活性炭で比表面積１１５８ｍ2／ｇ、粒径６０〜８０メッシュのものを充填した後、モレキュラーシーブ−１３Ｘ（ジーエルサイエンス社製）で、粒径６０〜８０メッシュのものを充填したカラムを用いた。これによって、図５のように、被処理ガスの流通方向に沿ってゼオライト（モレキュラーシーブ−１３Ｘ）３０と、活性炭（椰子ガラ活性炭）３２が配置される。これら充填材の充填比率は１：１である。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
出口の分析結果は図６に示したとおりである。なお、実験は４０℃で実施したが、他の温度でも問題はない。ただし、分離特性は温度によって異なるため一定温度で行うことが望ましい。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
なお、ゼオライト３０として、モレキュラーシーブ−１３Ｘと同等の構造をもつ（同等品である）Ｆ−９（東ソー製）についても、実験を行ってみた。このＦ−９においても、若干リテンションタイムは大きかったもののモレキュラーシーブ−１３Ｘと同様にＣＦ4とＣ2Ｆ6の分離処理を行うことができた。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005046747.tif 000011
【手続補正１５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2005046747.tif 000012
【手続補正１６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2005046747.tif 000013
【手続補正１７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2005046747.tif 000014